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土星的这个“草帽” 居然藏着行星形成的机密

  夜幕降临时,透过望远镜,你会看到一颗特别的天体,看上去像是一顶纹饰精巧的“草帽”,它就是土星,俏丽的“帽沿”便是大名鼎鼎的土星环。土星环是如何形成的?光环内物质有着怎样的精致特点?一直以来,无论是天文爱好者,还是专业的天文学家,都渴望能更多地揭开土星环的面纱。

  对土星环进行探测,是“卡西尼”号探测器的任务之一。通过火析“卡西尼”号任务结束前传回的数据,科学家团队对土星环有了新的认识,同时也产生了一些新的疑问。相干论文日前发表在《科学》杂志上。

  出身是个谜 土星环是个“年轻人”

  长久以来,缭绕土星环的形成有多种假说。其中一种认为,土星出身之初可能就带着光环,这意味着土星环可能有着数十亿年的历史。

  懂得土星环的质量是解锁其年纪机密的重要一环。此前,科学家已经弄明确了土星环的质量与其年纪之间的关系:质量越低,环越年轻。

  燃料耗尽前,“卡西尼”号在土星和土星环之间进行了22次俯冲,以进入土星的重力场。在那里,它可以感受到土星和环的引力。一旦科学家知道引力对“卡西尼”号的影响有多大,他们就能断定土星以及环的质量。

  通过火析“卡西尼”号传回的数据,科学家对土星环的质量有了新的认知。多年来,科学家一直偏向于信任土星主环B环的质量很大,甚至大过土卫一。

  然而,“卡西尼”号的无线电科学团队测量得到的主环B环只是土卫一质量的0.4倍。

  “这么小的质量,不可能是跟土星一起形成的。”中科院国家天文台研究员平劲松介绍,此外,“卡西尼”号携带的宇宙尘埃分析器获得的数据,同样支撑土星环的年纪约在1.5亿—3亿年之间,北京发电机出租,或是更加年轻这一结论。

  既然不是和土星同时形成的,那土星环是如何出身的?科学家推测,可能是一颗彗星或是小行星撞上了土星的一颗卫星,产生的碎屑留在轨道上,被持续撕裂,造就了土星环。

  如果这种假说成立,那么这颗“粉身碎骨”的天体有多大?平劲松介绍,据测算,它的质量和月球差不多大小。

  土星环的年纪比此前假想的要年轻得多,是“卡西尼”号带来的惊人创造之一。平劲松认为,现有的创造改写了土星环演变起源的历史,这一形成机制可能不仅实用于土星环,对于其他行星环的形成来说也可能是成立的。

  土星环的“三面像” 不同结构有奇特成因

  明亮又宽广的土星环,延伸到土星以外广阔的宇宙空间。从远处看,它是一个柔和、整体的光环。但是,根据探测器近距离拍回的照片显示,这个环并非整体,而是由许多小环组成。

  重要的土星环,宽度从48公里到30.2万公里不等。距离土星从近到远的土星环分辨按被创造的次序命名为D、C、B、A、F、G和E环。其中,B环最宽、最亮,质量也最大。

  在最后一次观测土星环时,“卡西尼”号创造了从块状到稻草状的各种纹理和图案。它所拍摄的星环特写照片展现了星环内部三种截然不同的结构——团块结构、平滑结构和条纹结构。

  星环内部不同的纹理和结构如何形成的?平劲松逐一进行了分析。当一个小天体撞上土星卫星后,从动力学过程分析,撞击后的碎片会逐渐从大块往小块变更。在这个过程中,碎片逐步均匀散布的可能性较高。土星环中比较平坦光滑的部分,可能就是在这样一个过程中形成的。

  碎片运动过程,会受到其他卫星的作用。并不是所有的区域都存在稳固的轨道,在一些属于共振的区域,会涌现不稳固的情况。碎片停留在不稳固的区域,可能会被拽走。密度高的处所相对稳固,密度低的处所就不太稳固,这样会形成条纹状的结构。

  还有一些重新汇聚出来的、尺寸比较大的土星卫星,它的轨迹和光环是在一个平面上。它对光环的影响,就像一艘快艇冲到河里的效果一样。光环在被冲击的过程中,一些处所的边沿就不那么均匀了,进而形成团块的现象。

  “这是三种比较可能的状态,当然,在土星环的形成过程中,也还有其他的因素在起作用。”平劲松说道。

  天然的实验室 供给研究行星形成的线索

  事实上,令科学家着迷的,不仅仅是土星环本身。土星环内部物质相互作用的过程,与恒星周围原行星盘内的行星形成过程极为类似。

  “因此,土星环可视作是一个天然的实验室,为科学家进一步懂得行星的形成过程供给诸多线索。”平劲松说道。

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